Modelo matemático para obtener tamaños óptimos en plantas de polietilenos, policloruro de vinilo y polietilentereftalato a partir del etano

Abstract

El principal problema en el diseño de un complejo petroquímico es el cálculo del tamaño óptimo de las plantas que lo componen, debido a que las plantas al ser muy grandes o muy pequeñas generarán sobrecostos en el futuro. Este trabajo presenta un modelo matemático diseñado en una hoja de cálculo Excel que permita calcular el tamaño óptimo del complejo, interrelacionando factores como: el mercado, las tecnologías disponibles, tamaños mínimos de planta y otros. El complejo petroquímico está constituido por 8 plantas, usando como materia prima el etano, para obtener 4 productos finales: Polietileno de alta densidad (PEAD), Polietileno de baja densidad (PEBD), Policloruro de vinilo (PVC) y Polietilenterftalato (PET). Las variables son matrices de dos o tres dimensiones, siendo las más importantes las producciones máximas, rendimientos, producciones anuales de cada planta, capacidades de planta, factor de servicio, inversiones, costos y las demandas del mercado. Se ha determinado que los tamaños óptimos de las plantas petroquímicas finales son de: 431 509 t/año de PEAD, 336 009 t/año de PEBD (dos plantas en paralelo), 355 998 t/año de PVC y 548 549 t/año de PET; mientras que las plantas petroquímicas básicas e intermedias son de: 1 369 7 41 t/año de producción de etileno en la planta de pirólisis, 357 066 t/año de cloruro de vinilo monómero (VCM), 185 41 O t/año de óxido de etileno (OE) y 185 41 O t/año de etilenglicol (EG). Se concluye que es posible determinar el tamaño óptimo de las plantas de un complejo petroquímico a partir de la interrelación de variables diseñando un modelo matemático.

The main problem in designing a petrochemical complex is the cailculation of the optimum size of the plants that comprise it, because plants to be very large or very small generate overruns in the future. This paper presents a mathematical model designed in an Excel spreadsheet that allows to calculate the optimal size of the complex and interrelated factors: the market, the technologies available, mínimum sizes of plant and others. The petrochemical complex consists of 8 units, using as feedstock ethane to give 4 final products: High density polyethylene (HOPE), low density polyethylene (LOPE), polyvinyl chloride (PVC) and polyethylene terephthalate (PET). The variables are arrays of two or three dimensions, the most important being the maximum production, yields, annual production of each plant, plant capacity factor, service, investment, costs and market demands. They have determined that the optima! size of the final petrochemical plants are: 431 509 t/year of HOPE, 336 009 t/year of LOPE (two plants in paralfel), 355 998 t/year of PVC and 548 549 t / year of PET; while basic and intermediate petrochemical plants are 1 369 7 41 t/year ethylene production in the pyrolysis plant, 357 066 t/year of vinyl chloride monomer (VCM), 185 410 t/year of ethylene oxide (OE) and 185 410 t/year of ethylene glycol (EG). We conclude that it is possible to determine the optimal size of a petrochemical plant complex from the interplay of variables designing a mathematical model.